Cómo evitar que la corriente ESD fluya hacia la PCB en el diseño de PCB

Recientemente hemos estado realizando pruebas de ESD para productos electrónicos. A partir de los resultados de las pruebas realizadas en diferentes productos, hemos descubierto que esta ESD es una prueba muy importante: si el diseño de la placa de circuito no es adecuado, la introducción de electricidad estática puede provocar fallos en el producto o incluso daños en los componentes. Antes, solo me daba cuenta de que la ESD dañaba los componentes, pero no esperaba que también prestáramos tanta atención a los productos electrónicos.

ESD, también conocida como descarga electrostática. Según los conocimientos adquiridos, la electricidad estática es un fenómeno natural, generalmente generado por contacto, fricción, inducción y otros métodos entre aparatos eléctricos. Se caracteriza por su acumulación a largo plazo, alto voltaje (puede producir miles o incluso decenas de miles de voltios de electricidad estática), baja cantidad de electricidad, baja corriente y corto tiempo de acción. En el caso de los productos electrónicos, si el diseño ESD no se realiza correctamente, estos tienden a ser inestables o incluso a dañarse. Generalmente, existen dos métodos para la prueba de descarga ESD: descarga de contacto y descarga de aire. La descarga de contacto es una descarga directa al dispositivo bajo prueba; la descarga de aire, también conocida como descarga indirecta, se produce por el acoplamiento de un fuerte campo magnético al bucle de corriente adyacente. El voltaje de prueba de estas dos pruebas generalmente es de 2 kV a 8 kV y los requisitos varían según la región. Por lo tanto, antes de diseñar, es necesario comprender el mercado de PCB al que se dirige el producto. Las dos situaciones anteriores son pruebas básicas para productos electrónicos cuando el cuerpo humano entra en contacto con ellos y no pueden funcionar debido a la electrificación u otras razones. 

La humedad varía según la región, pero si la humedad del aire varía, la electricidad estática generada también lo será. La siguiente tabla muestra los datos recopilados, de los cuales se desprende que la electricidad estática aumenta con la disminución de la humedad del aire. Esto explica indirectamente la generación de grandes chispas de electricidad estática al depilarse en invierno en el norte de China. Dado que la electricidad estática es tan perjudicial, ¿cómo debemos protegernos? Al diseñar la protección electrostática, solemos seguir tres pasos: evitar que una carga externa entre en la placa de circuito y cause daños; evitar que un campo magnético externo la dañe; y prevenir los peligros causados ​​por un campo electrostático.

En el diseño de circuitos PCB reales, utilizaremos uno o más de los siguientes métodos para la protección electrostática: 

 1. Diodo de avalancha para protección electrostática :  Este método también es común en diseño. El método típico consiste en conectar un diodo de avalancha en paralelo a tierra en las líneas de señal clave. Este método aprovecha la rápida respuesta y la capacidad de sujeción estable del diodo de avalancha, lo que permite absorber el alto voltaje acumulado en poco tiempo para proteger la placa de circuito. 

 2、Protección de circuitos mediante condensadores de alta tensión :  En este enfoque, se suelen colocar condensadores cerámicos con una tensión no disruptiva de al menos 1,5 kV en los conectores de E/S o en las posiciones de señal clave, y los cables se mantienen lo más cortos posible para reducir la inductancia. Si se utilizan condensadores con baja tensión no disruptiva, se dañarán y perderán su efecto protector. 

 3、Use perlas de ferrita para la protección del circuito :  Las perlas de ferrita pueden atenuar la corriente ESD y suprimir la radiación. Ante dos problemas, las perlas de ferrita son una buena opción. 

 4. Método de descarga de chispas :  Este método se puede observar en materiales de una sola pieza. El método específico consiste en una capa de microbanda compuesta por láminas de cobre triangulares cuyas puntas se alinean. Un extremo de la lámina triangular conecta la línea de señal y el otro extremo conecta la tierra. Cuando hay electricidad estática, se produce una descarga en las puntas que consume energía eléctrica. 

 5. Use un filtro LC para proteger el circuito :  El filtro LC puede reducir eficazmente la electricidad estática de alta frecuencia que entra al circuito. La reactancia de inductancia previene eficazmente la entrada de ESD de alta frecuencia, mientras que el condensador deriva la energía de ESD de alta frecuencia a tierra. Además, este tipo de filtro suaviza los bordes de la señal y reduce la influencia de la radiofrecuencia, mejorando aún más la integridad de la señal. 

 6、Protección ESD de placa PCB multicapa :  Elegir una placa multicapa también es una forma efectiva de prevenir ESD cuando los fondos lo permiten. En las placas multicapa, debido a que hay planos de tierra completos cerca del cableado, la ESD se puede acoplar más rápido al plano de baja impedancia, protegiendo así las señales clave. 

 7. Método de retención para cinta protectora alrededor de la placa de línea PCB :  Este método se utiliza generalmente para dibujar cableado sin ensamblaje y capa de soldadura alrededor de la placa de circuito. Si las condiciones lo permiten, conecte el cableado a la carcasa. Al mismo tiempo, preste atención a no formar un bucle cerrado para no formar una antena en anillo que cause más problemas. 

 8. Protección de circuitos mediante dispositivos CMOS o dispositivos TTL con diodos de sujeción :  este método utiliza el principio de aislamiento para proteger la placa de circuito. Debido a que estos dispositivos tienen protección de diodos de sujeción, reducen la complejidad del diseño en el diseño de circuitos reales. 

 9. Utilice con frecuencia condensadores de desacoplamiento :  estos condensadores de desacoplamiento deben tener valores ESL y ESR bajos. Para condensadores de desacoplamiento ESD de baja frecuencia, reduzca el área de bucle.